رشد گارنت آلومینیوم ایتریوم با رنگ های مختلف در محیط گاز. سنگ های مصنوعی مطالعه اشعه ایکس کریستال های رشد یافته
فرمول شیمیایی YAG: : . این لیزر بر روی مدار چهار سطحی کار می کند. سطح اول که سطح زمین نامیده می شود، مربوط به حداقل مقدار انرژی ممکن است که یون ها می توانند داشته باشند.
تعداد یون هایی که حداقل انرژی دارند اکثریت است. تعداد یون هایی که در سطوح انرژی بالاتر قرار دارند به طور قابل توجهی کمتر است و از توزیع تعادلی بولتزمن تبعیت می کند. در لیزرهای گارنت نئودیمیم، سطوح عملیاتی پایین تر ضعیف هستند، و بنابراین بخش عمده ای از توان پمپ صرف ایجاد وارونگی جمعیت ()، بلکه برای غلبه بر تلفات در حفره و تابش خروجی مفید می شود. در این حالت، برای اینکه تولید اتفاق بیفتد، کافی است تنها بخش کوچکی از یون های واقع در سطح زمین به سطح 3 منتقل شود. این امر این نوع لیزرها را از لیزرهایی که طبق یک طرح سه سطحی کار می کنند متمایز می کند. در دومی، سطح عملیاتی پایین تر، سطح اصلی است و برای ایجاد وارونگی جمعیت () لازم است حداقل نیمی از یون ها از سطح اصلی به سطح 2 ناپایدار انتقال داده شود و با در نظر گرفتن تلفات در رزوناتور و تشعشع مفید، بیش از نیمی. بنابراین در لیزرهای سه سطحی (مثلاً یاقوت) توان پمپ به طور غیرمولد مصرف می شود و راندمان آنها به میزان قابل توجهی کمتر است. حالت محیط زمانی که N3>N2 وارونگی جمعیت سطوح انرژی نامیده می شود. گارنت ایتریوم-آلومینیوم با ترکیبی از نئودیمیم، ماده ای منحصر به فرد با هدایت حرارتی خوب، سختی بالا و خواص نوری رضایت بخش است. مناسب برای تولید در حالت همگام سازی حالت. طول عمر طولانی سطح لیزر بالایی (t = 0.23 ms) به YAG اجازه می دهد تا برای عملکرد در حالت سوئیچ Q بسیار خوب باشد. لیزرهای YAG می توانند در دو حالت پیوسته و پالسی کار کنند. در هر دو مورد، لامپ های خطی معمولاً در مدارهایی با یک روشن کننده تک بیضی، با آرایش نزدیک لامپ و کریستال یا با یک روشن کننده چند بیضی استفاده می شوند. برای عملکرد در حالت های پالسی و پیوسته به ترتیب از لامپ های زنون فشار متوسط (500-1500 میلی متر جیوه) و لامپ های فشار قوی کریپتون (4-6 اتمسفر) استفاده می شود. اندازه میله ها معمولاً مشابه لیزر یاقوت هستند. پارامترهای خروجی لیزر YAG به شرح زیر است: در حالت چند حالته پیوسته، توان خروجی تا 200 وات است. در لیزر پالسی با نرخ تکرار پالس بالا (50 هرتز)، متوسط توان خروجی حدود 500 وات است. در حالت سوئیچ Q حداکثر توان خروجی تا 50 مگاوات است. در حالت همگام سازی حالت، مدت زمان پالس تا 20 ثانیه است. در هر دو حالت پالسی و پیوسته، راندمان دیفرانسیل حدود 1-3٪ است.
24. لیزرهای نیمه هادی. اصل عملکرد، انواع لیزرهای نیمه هادی. ویژگی های طیفی و تولیدی
لیزرهای نیمه هادی (SSL) تابش در محدوده طول موج 0.32-32 میکرون ساطع می کنند. کریستال های نیمه هادی به عنوان محیط فعال استفاده می شوند. آنها از انتقال های نوری شامل حامل های جریان آزاد در کریستال ها استفاده می کنند. درگیر کردن ایالت ها در باندهای الکترونیکی
لیزرهای نیمه هادی دارای ویژگی های زیر هستند:
اندازه بسیار کوچک ناحیه نشر،
راندمان بسیار بالا (50-60%)،
قدرت کم.
در مقایسه با لیزرهای نیمه هادی حالت جامد و گاز، آنها دارای موارد زیر هستند:
انسجام کمتر
جهت (1-6 درجه) و
تک رنگ پرتو (تقریباً 5 نانومتر).
بر اساس روش پمپاژ، لیزرهای نیمه هادی به دو دسته تقسیم می شوند:
تزریق،
با شکست پمپاژ در میدان الکتریکی،
توسط پرتوی از الکترون های سریع پمپ می شود،
پمپاژ نوری
لیزرهای نیمه هادی عمدتاً در حالت پالسی و در دماهای پایین کار می کنند که به دلیل نیاز به حذف گرما و همچنین به دلیل کاهش دما، لیزر در چگالی جریان کمتر ایجاد می شود. پرمصرف‌ترین محیط فعال، آرسنید گالیم با اتصال p-n است که تابش ایجاد می‌کند با طول موج 0.84 میکرومتر و آلیاژی از آرسنید و فسفید گالیم. اتصال pn با تزریق الکترون برانگیخته می شود.
لیزرهای نیمه رسانا از نظر کیفیت، ساختار و اصول عملکرد با سایر لیزرها متفاوت است. سطوح انرژی مرتبط با انتقال لیزر توسط کل شبکه کریستالی تعیین می شود. این حالت ها گسسته نیستند، بلکه در مناطق انرژی ادغام شده اند که نشان دهنده آن است 
گروه هایی از حالت های انرژی که بسیار نزدیک قرار دارند. برای لیزر، دو باند انرژی مورد توجه است: ظرفیت و رسانایی.
نوار ظرفیت بالاترین حالت پر از الکترون است. نوار رسانش در بالا قرار دارد و با ناحیه ای از انرژی به نام شکاف نواری از هم جدا می شود که در آن هیچ حالت الکترونیکی وجود ندارد. هنگامی که انرژی جذب می شود، الکترون ها از باند ظرفیت به نوار رسانایی حرکت می کنند. سوراخ ها در نوار ظرفیت باقی می مانند. به طور مشابه، یک الکترون می تواند از نوار رسانایی حرکت کند و با سوراخی در نوار ظرفیت دوباره ترکیب شود. در طول نوترکیب، اختلاف انرژی به صورت تابش ساطع می شود. الکترون ها از سمت نوع n تزریق می شوند و در ناحیه اتصال دوباره ترکیب می شوند. در نتیجه یک جریان ایجاد می شود. چنین لیزرهایی را لیزرهای تزریقی می نامند. عبور جریان باید تعداد کافی حفره و الکترون ایجاد کند تا تشعشع تولید شده توسط نوترکیب آنها از تلفات مربوط به خروجی پراش نور از ناحیه فعال، انتقال نور در مرز انتقال و جذب بیشتر شود. نور توسط حامل های آزاد در منطقه انتقال. بنابراین، چگالی جریان آستانه ای برای عملکرد لیزر مورد نیاز است.
لیزرهای نیمه هادی واگرایی پرتوی کم ندارند، زیرا تابش آنها از طریق یک دیافراگم محدود به عرض انتقال کوچک ساطع می شود. پراش در یک باند انتقال باریک منجر به خروجی تابش در زاویه وسیع تری نسبت به انواع دیگر لیزرها می شود. بنابراین، تابش مثلاً لیزر آرسنید گالیم به شکل پرتوی با سطح مقطع بیضوی با زاویه پراکندگی در سطح 0.5 برابر چندین درجه در جهت موازی با انتقال و ابعاد بزرگ در جهت عمود بر انتقال
گارنت آلومینیوم ایتریوم (YAG) یک ماده نوری مناسب برای استفاده در اپتیک های UV و IR است.. محصولات YAG را می توان به عنوان عناصر نوری در یک منطقه طیف گسترده از 250-5000 نانومتر استفاده کرد. خواص مکانیکی و شیمیایی YAG نزدیک به یاقوت کبود است، اما YAG دوشکستگی ندارد و پردازش آن تا حدودی ساده تر از یاقوت کبود است. YAG خطوط جذبی در ناحیه 2 تا 3 میکرومتری ندارد، جایی که شیشه ها معمولاً به دلیل پیوندهای قوی مولکول های آب تمایل زیادی به جذب دارند. به دلیل استحکام بالا، آستانه شکست، ضریب شکست و هدایت حرارتی، YAG می تواند در دماهای بالا و در لیزرهای پرقدرت استفاده شود.
ما از کریستال های با کیفیت بالا برای اپتیک خود استفاده می کنیم که با استفاده از روش Czochralski و روش افقی به انتخاب مشتری رشد می کنند. شرکت ما پرداخت لیزر YAG را انجام می دهد و راهنماهای نور، منشورها و آینه ها را تولید می کند.
|
خواص نوری |
|
| منطقه انتقال، میکرومتر | 0.21 تا 5.3 |
| ضریب شکست، 1.064 میکرومتر | 1.82 |
| کاهش انعکاس، % برای دو سطح 1.064 میکرومتر | 16.7% |
| فاکتور حرارتی (dT)، 633 نانومتر | 7.3 * 10 -6 * K -1 |
|
خواص فیزیکی |
|
| چگالی، g/cm3 (20°C) | 4.56 |
| حلالیت | نامحلول در آب |
| نوع مواد | تک کریستال مصنوعی |
| ساختار کریستالی | مکعبی |
| نقطه ذوب درجه سانتی گراد | 1940 |
| هدایت حرارتی W * cm -1 * °K -1 | 0.14 |
| ضریب دمایی انبساط خطی 1/°C | 7.8 × 10 -6 |
| گرمای ویژه J / (کیلوگرم * K) در 0 درجه سانتیگراد | 590 |
| ثابت دی الکتریک | 11.7 |
| مدول یانگ (E)، GPa | 300 |
| ضرایب کشسانی | C11 = 333 C12 = 111 C 44 = 115 |
| حد الاستیک MPa | 280 |
| سختی Mohs | ~8,5 |
گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم (Y 3 A 15 O 12: Nd 3 +)
گارنت آلومینیوم ایتریومنئودیمیم دوپ شده ( Y 3 A 15 O 12: Nd 3+) یک کریستال لیزری است که به طور گسترده برای اهداف صنعتی، پزشکی و علمی استفاده می شود. مزایای اصلی آن عبارتند از: آستانه تولید کم، راندمان بالا، تلفات کم 1.064 میکرومتر، و همچنین کیفیت نوری بالا، هدایت حرارتی خوب و مقاومت در برابر تغییرات دما، خواص شیمیایی و مکانیکی پایدار، که امکان استفاده از Nd:YAG را در انواع لیزرهای حالت جامد فراهم می کند.
| خواص | |
| فرمول شیمیایی | Nd 3+ :Y 3 Al 5 O 12 |
| ساختار کریستالی | مکعبی |
| غلظت آلیاژ، در % | 0.5 - 1.2 |
| ثابت شبکه، A | 12.01 |
| چگالی g/cm3 | 4.56 |
| نقطه ذوب، درجه سانتیگراد | 1950 |
| ثابت دی الکتریک | 11.7 |
| سختی خزه | 8.5 |
| 7.8 x 10 -6 x °K -1،<111> 8.2 x 10 -6 x °K -1،<100> |
|
| هدایت حرارتی 25 درجه سانتی گراد، W x cm -1 x °K -1 | 0.14 |
| ضریب تلفات در 1064 نانومتر، سانتی متر -1 | 0.003 |
| ضریب شکست، در 1 میکرومتر | 1.82 |
مشخصات میله های لیزر Nd:YAG
| مواد | گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم |
| سطح آلیاژ | 0.5 - 2.3 % |
| پخش آلیاژ | +/- 0.1 % |
| جهت گیری | <111> |
| تحمل جهت گیری | +/-5º |
| تحمل قطر | +/- 0.05 میلی متر |
| تحمل طول | +/- 0.5 میلی متر یا در صورت لزوم |
| همزمانی | |
| عمود بودن | |
| اعوجاج جبهه موج | لامبدا/8 بر اینچ در 633 نانومتر |
| صافی | Lambda/10 در 633 نانومتر یا طبق درخواست مشتری |
| نقاط خراش | 10-5 MIL – 13830B |
| سطح جانبی | سمباده یا صیقلی شده |
| دیافراگم نور | 90 درصد قسمت مرکزی |
| چمفرها | <0.15 мм x 45º |
| پوشش ها | پوشش AR R<0.2% с поверхности на1064 nm или по требованию заказчика |
علاوه بر این، ARD-OPTIX خدمات تعمیر را ارائه می دهد
(بازسازی و پوشش) المان های لیزری مشتری
گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با اربیوم (Er:Y 3 Al 5 O 12 یا Er:YAG)
گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با اربیوم ( Er:Y 3 Al 5 O 12 یا Er:YAG) یک کریستال لیزری است که وقتی در طول موج استفاده می شود مزایای گسترده ای دارد. 2.94 µ . Er:YAG دارای کیفیت نوری بالا، راندمان بالا است، هدایت حرارتی خوب، خواص شیمیایی و مکانیکی پایدار. Er:YAG در یک منطقه وسیع پمپاژ می شود 600 - 800 نانومتر. همه این خواص را می سازد Er:YAGیک ماده عالی برای لیزرهای دندانپزشکی و سایر لیزرهای پزشکی.
| خواص اساسی | |
| فرمول شیمیایی | Er:Y 3 Al 5 O 12 |
| ساختار کریستالی | مکعبی |
| غلظت آلیاژ، در % | 1 - 50% |
| ثابت شبکه، A | 12.00 |
| چگالی، g/cm3 | 5.35 |
| نقطه ذوب، ºC | 1970 |
| ثابت دی الکتریک | 11.7 |
| سختی خزه | 8.5 |
| .ضریب انبساط حرارتی | 7.7 x 10-6 x ºK-1،<111>8.2 x 10-6 x ºK-1،<100> |
| هدایت حرارتی در 25ºC، W x cm-1 x ºK-1 | 0.12 |
| ضریب تلفات در 1064 نانومتر، cm-1 | 0.003 |
| طول موج تابش، نانومتر | 2940 |
| ضریب شکست، در 2940 نانومتر | 1.79 |
مشخصات میله های لیزر Er:YAG
| مواد | گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با اربیوم |
| سطح آلیاژ | 1 - 50 % |
| جهت گیری | <111> |
| تحمل جهت گیری | +/-5º |
| تحمل قطر | +/- 0.05 میلی متر |
| تحمل طول | +/- 0.5 میلی متر یا به عنوان نیاز مشتری |
| همزمانی | |
| عمود بودن | |
| اعوجاج جبهه موج | لامبدا/8 بر اینچ در 633 نانومتر |
| صافی | Lambda/10 در 633 نانومتر یا به درخواست مشتری |
| نقاط خراش | 10-5 |
| سطح جانبی | سمباده یا صیقلی شده |
| دیافراگم نور | 90% |
| چمفرها | <0.15 mm x 45º |
| پوشش ها | پوشش AR با R<0.25 % на 2940 нм или по требованию заказчика |
علاوه بر این، ARD-OPTIX خدمات تعمیر را ارائه می دهد
(بازسازی و پوشش) المان های لیزری مشتری
گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با ایتربیوم (Yb: Y 3 Al 5 O 12 یا Yb:YAG)
گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با ایتربیوم (Yb: Y 3 Al 5 O 12 یا Yb:YAG) یکی از مواد فعال لیزری امیدوارکننده است و برای پمپاژ دیود نسبت به نمونه های سنتی راحت تر است.گارنت Nd. هنگامی که در 940 نانومتر پمپ می شود، می تواند در طول موج 1.03 میکرون تولید کند. مزایای اصلی Yb:YAG: باند جذب گسترده، راندمان بالا و انتشار عالی. مواد لیزر Yb:YAG به طور گسترده در لیزرهای صنعتی برای برش و جوشکاری فلز استفاده می شود. از این کریستال در الکترونیک، اپتیک و فناوری های لیزر نیز استفاده می شود.
| خواص اساسی | |
| فرمول شیمیایی | Yb 3+ :Y 3 Al 5 O 12 |
| ساختار کریستالی | مکعبی |
| غلظت دوپینگ، در درصد | 5 - 30 % |
| ثابت شبکه، A | 12.01 |
| چگالی g/cm3 | 4.56 |
| نقطه ذوب، درجه سانتیگراد | 1970 |
| سختی خزه | 8.5 |
| ضریب انبساط حرارتی | 7.8 x 10 -6 x °K -1،<111> |
| هدایت حرارتی 25 درجه سانتیگراد، W x cm -1 x °K -1 | 0.14 |
| ضریب تلفات در 1064 نانومتر، سانتی متر -1 | 0.003 |
| طول موج لیزر، نانومتر | 1030 |
| ضریب شکست، در هر 1μ | 1.82 |
مشخصات میله های لیزر Yb:YAG
| مواد | گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با ایتربیوم |
| سطح آلیاژ | 5 - 30 % |
| جهت گیری | <100> |
| تحمل جهت گیری | +/-5º |
| تحمل قطر | +/- 0.05 میلی متر |
| تحمل طول | +/- 0.5 میلی متر یا به عنوان نیاز مشتری |
| موازی سازی | |
| عمود بودن | |
| اعوجاج جبهه موج | لامبدا/8 بر اینچ در 633 نانومتر |
| صافی | Lambda/10 در 633 نانومتر یا به درخواست مشتری |
| نقاط خراش | 10-5 |
| سطح جانبی | سمباده یا صیقلی شده |
| دیافراگم نور | 90 درصد منطقه مرکزی |
| چمفرها | <0.15 мм x 45º |
| پوشش ها | پوشش AR با R<0.25% с поверхности на требуемой длине волны |
علاوه بر این، ARD-OPTIX خدمات تعمیر را ارائه می دهد
(بازسازی و پوشش) المان های لیزری مشتری
یکی از پرکاربردترین لیزرهای حالت جامد امروزه لیزری است که در آن گارنت آلومینیوم ایتریوم به عنوان ماتریس و یون ها به عنوان فعال کننده عمل می کند. نام پذیرفته شده برای این لیزر است
این لیزر آستانه تحریک نسبتا پایین و رسانایی حرارتی بالایی دارد که امکان تولید لیزر با سرعت تکرار پالس بالا و همچنین لیزر در حالت پیوسته را ممکن می‌سازد. راندمان لیزر نسبتاً بالا است. به چند درصد می رسد.
انتقال اصلی یون نئودیمیم در گارنت در شکل 1 نشان داده شده است. 1.16. انتقال بین ذرات اتمی خاصی رخ می دهد که در شکل به عنوان "باندهای انرژی" نشان داده شده اند. هر "باند" (هر عبارت) مربوط به گروهی از سطوح انرژی نسبتاً باریک ناشی از تقسیم یک اصطلاح معین در میدان الکتریکی شبکه کریستالی گارنت (شکاف استارک) است.
در طی فرآیند پمپاژ، یون‌های نئودیمیم از حالت پایه مربوط به اصطلاح به سه گروه از حالت‌ها عبور می‌کنند: A, B, C مطابق با سه نوار در طیف جذب نئودیمیم در گارنت،
در شکل نشان داده شده است. 1.17، a (به ترتیب باندهای A، B و C). ساختار ظریف نوارهای جذب، که به وضوح در شکل قابل مشاهده است، منعکس کننده اثر تقسیم اصطلاحات استارک است.
این اصطلاح "سطح کاری" بالایی است. یون های نئودیمیم روشن می شوند و از این "سطح" به سطوح مربوط به ترم ها حرکت می کنند. سهم اصلی انرژی (60٪) در انتقال مشخص شده است. طیف لومینسانس نئودیمیم در گارنت برای انتقال ارائه شده است. شدیدترین خطوط 1.0615 و 1.0642 میکرومتر هستند. در جدول 1.1 طول موج 18 خط لومینسانس را با در نظر گرفتن انتقال های مختلف نشان می دهد 114]. داده ها در دمای 300 کلوین به دست آمدند. در یک نمای ساده از لیزر، می توان از یک طرح کار چهار سطح استفاده کرد. "سطح" اصلی - ترم 4/9/2، "سطح کار پایین" - ترم "سطح کار" بالا - اصطلاح "سطح" تحریک - اصطلاحات و توجه داشته باشید که انتقال در تقریب دوقطبی ممنوع است (از نظر نوری ممنوع)، زیرا با چنین انتقالی، عدد کوانتومی مداری یون نئودیمیم به 3 تغییر می کند. بنابراین، حالات مربوط به اصطلاحات فراپایدار هستند.
در سال‌های اخیر، گارنت آلومینیوم ایتریوم (YAG) توجه مستمر محققان در سراسر جهان را به خود جلب کرده است، زیرا یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد برای الکترونیک کوانتومی و سایر حوزه‌های فناوری مدرن است. خواص فیزیکی و مکانیکی YAG امکان استفاده از آن را به عنوان ماده اولیه در صنعت طلا و جواهر فراهم می کند.
انار را می توان با روش های مختلفی پرورش داد. در اتحاد جماهیر شوروی، تولید YAG برای صنعت جواهرات بر اساس استفاده از روش تبلور جهت افقی است. به عنوان اجزای شروع برای سنتز YAG با توجه به واکنش
3Y 2 O 3 + 5Al 2 O 3 → 2Y 3 Al 5 O 12
اکسید ایتریم با درجه خالص شیمیایی و سرامیک کوراندوم استفاده می شود. ادغام بار و تبلور در خلاء در دستگاه Sapphire-1m یا SGVK رخ می دهد. فناوری خلاء، که مخصوصاً برای رشد کریستال های بی رنگ مناسب است، همچنین به دست آوردن کریستال های YAG از رنگ های صورتی، یاسی و سبز، رنگ شده با اکسیدهای اربیوم، نئودیمیم، کروم و وانادیم را ممکن می سازد. در این حالت، به دلیل تبخیر شدید مواد افزودنی رنگ، مقداری کروموفور به بار وارد می شود که دو تا سه برابر بیشتر از محتوای آن در کریستال است.
تکنولوژی مورد استفاده دارای تعدادی معایب قابل توجه است. هنگام متبلور شدن در خلاء، مقدار کمی اما محدود هوا از طریق یک محفظه گرم در طول فرآیند پمپ می شود. اکسیژن هوا بخاری تنگستن و صفحه های محافظ مولیبدن در برابر حرارت را اکسید می کند که به طور قابل توجهی عمر مفید آنها را کاهش می دهد. علاوه بر این، فیلم اکسید انعکاس صفحه نمایش را کاهش می دهد و منجر به افزایش هزینه انرژی می شود. در نتیجه واکنش های شیمیایی بین اکسیدهای وانادیوم و مولیبدن از یک سو و مواد متبلور از سوی دیگر، کریستال در حال رشد با یک پوشش فلزی پوشانده می شود. همچنین غیرمنطقی است که از سرامیک های کوراندوم بسیار گران قیمت (30 تا 35 روبل در هر کیلوگرم) که به شدت با اکسیدهای آهن آلوده شده اند، به عنوان یک جزء شارژ استفاده شود، در حالی که در صنعت جواهرسازی مشکل استفاده از ضایعات کوراندوم بازیافتی حاصل از تولید برش وجود دارد. که قیمت آن 5 روبل است. برای 1 کیلوگرم
VNIIyuvelirprom یک فناوری برای تبلور مجدد این ضایعات ایجاد کرده است، اما استفاده از آنها برای رشد YAG بسیار موثرتر است.
استفاده از ضایعات برگشت پذیر به عنوان اجزای بار گارنت بر این واقعیت استوار است که ضایعات کوراندوم اکسید آلومینیوم تک کریستالی با افزودن Cr 2 O 3 و V 2 O 3 است. اکسیدهای کروم و وانادیوم که کریستال‌های کوراندوم را رنگ می‌کنند نیز نقش کروموفورها را در گارنت ایفا می‌کنند و به صورت هم‌شکلی وارد ساختار آن می‌شوند. ضایعات کورندوم که با روش Verneuil رشد می‌کند با غلظت کم ناخالصی‌های «مضر» با سرامیک‌های کوراندوم مقایسه می‌شود. بنابراین، محتوای Fe 2 O 3 در سرامیک کوراندوم به 0.5٪ می رسد. محتوای بالای اکسید آهن در تعامل با مولیبدن منجر به نشت ظروف در طول تبلور می شود. غلظت آهن در زباله های برگشت پذیر از 0.05٪ تجاوز نمی کند.
VNIIyuvelirprom یک فناوری برای رشد YAG در یک محیط گازی با استفاده از ضایعات بازیافتی کوراندوم توسعه داده است. بر اساس این فناوری، اکسید ایتریم خشک شده، پسماندهای برگشتی و در صورت لزوم، افزودنی‌های اکسیدهای کروموفور به نسبت استوکیومتری در یک ظرف مخصوص برای همجوشی بارگذاری می‌شوند. در این مورد، برای به دست آوردن یک شمش همگن، بار در لایه ها بارگیری می شود: در انتهای ظرف - ضایعات کوراندوم برگردانده می شود، سپس یک لایه پودر V 2 O 3، ضایعات برگشتی و غیره. دستگاه با استفاده از یک پمپ جلو وکیوم تا 10 ~ 2 torr تخلیه می شود. پس از این، یک مخلوط آرگون-هیدروژن (95٪ Ar با خلوص بالا و 5٪ H2 فنی) به دستگاه پرتاب می شود و فشار 0.5 atm ایجاد می کند. محاسبات ساده نشان می دهد که درجه خلاء بالاتر منطقی نیست. بنابراین، در حال حاضر با تخلیه به 10 -3 Torr، مقدار اکسیژن وارد شده با آرگون یک مرتبه بزرگتر از مقدار اکسیژن باقی مانده در دستگاه خواهد بود.
بنابراین، از لحظه ای که مخلوط گاز به دستگاه سرد راه اندازی می شود، فشار اضافی به طور مداوم در محفظه حفظ می شود، یعنی مشکل "نشت" وجود ندارد.
لازم به ذکر است که فرآیند رشد YAG با در نظر گرفتن شرایط خاص تولید موجود توسعه یافته است، به طوری که انتقال از فناوری "خلاء" به فناوری "گاز" مرتبط با استفاده از هیدروژن می تواند در همان شرایط انجام شود. (رده ایمنی در برابر آتش اتاق) با رعایت کلیه الزامات فنی امنیتی.
فناوری ایجاد شده مزایای آشکاری را در مقایسه با فناوری موجود ارائه می دهد:
1. زمان مورد نیاز برای آماده سازی دستگاه برای کارکرد دو تا سه ساعت کاهش می یابد.
2. عمر مفید المنت حرارتی و صفحه های محافظ حرارتی - کمیاب ترین قسمت های محفظه تبلور - چهار تا پنج برابر افزایش می یابد.
3. عدم وجود یک فیلم اکسید روی سپرهای حرارتی، بازتابندگی آنها را افزایش می دهد. این اجازه می دهد تا فرآیند کریستالیزاسیون با ولتاژ کمتری روی بخاری انجام شود.
4. مزیت قابل توجه فناوری مبتنی بر استفاده از ضایعات کوراندوم بازیافتی، توانایی به دست آوردن کریستال هایی با رنگ های مختلف از جمله سبز زمردی است و درصد بازدهی مواد خام قابل استفاده بسیار بیشتر از زمانی است که در خلاء رشد می کنند.
علاوه بر کریستال‌های سبز زمردی، فناوری توسعه‌یافته این امکان را فراهم می‌کند که YAG و سایر رنگهای زرد-سبز را که مورد توجه صنعت جواهرسازی هستند، به دست آورید. در جدول 1. ترکیبات مربوط به اتهام داده شده است.
جدول 1
ترکیب بهینه بار و رنگ بلورهای رشد یافته YAG
| شماره p p | ترکیب ترکیبی | رنگ | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Y 2 O 3، درصد وزنی | Al 2 O 3 (نوع زباله)، درصد وزنی | افزودنی رنگ | |||
| ماده | وزن.% | ||||
| 1 | 57,1 | کوراندوم با V 2 O 3 و Cr 2 O 3 42,9 |
- | - | زرد مایل به سبز کم رنگ، نزدیک به پریدوت |
| 2 | 57,1 | کوراندوم با Cr 2 O 3 42,9 |
- | - | زرد، نزدیک به سیترین |
| 3 | 57,1 | کوراندوم با V 2 O 3 و Cr 2 O 3 42,9 |
V2O5 | 0,40 | سبز، نزدیک به زمرد |
| 4 | 57,1 | همان | V2O3 | 0,30 | همان |
| 5 | 57,1 | کوراندوم با Cr 2 O 3 42,9 |
V2O5 | 0,40 | همان |
| 6 | 57,1 | همان | Cr2O3 | 0,30 | سبز تیره |
به شرح زیر از داده های جدول است. 1، کریستال های YAG از رنگ های کریزولیت و سیترین بدون افزودن اکسیدها - کروموفورها به دست می آیند، اما به دلیل مواد رنگی موجود در ضایعات برگشتی کوراندوم (Cr 2 O 3 - 0.3-0.7 درصد وزنی و V 2 O 3 - 0، 2-0.3 وزن-.٪.
در جدول مشخص شده است. 1 محتوای افزودنی های تشکیل دهنده رنگ به عنوان درصدی از مقدار کل اکسید ایتریم و ضایعات قابل برگشت محاسبه می شود. این افزودنی ها فوق استوکیومتری هستند، یعنی با مقدار اضافی V 2 O 3 جبران نمی شوند. این ترکیب شارژ به شما امکان می دهد نه تنها رنگ مورد نظر را بدست آورید، بلکه کیفیت کریستال را نیز بهبود بخشید (ترک خوردگی کاهش می یابد).
طبق جدول. شکل 1 نشان می دهد که برای به دست آوردن کریستال های زمردی می توان هر دو V 2 O 3 و Al 2 O 3 را به شارژ اضافه کرد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که وانادیوم پنج ظرفیتی در حضور هیدروژن به راحتی به حالت سه ظرفیتی کاهش می یابد. با معرفی Cr 2 O 3
(کریستال شماره 6) فلورسانس قرمز در زیر نور رشته ای مشاهده می شود که منجر به تفاوت آشکار بین این کریستال ها و زمردها می شود.
شباهت کریستال های باقی مانده در رنگ به پریدوت، سیترین و زمرد نه تنها با روش ارزیابی متخصص، بلکه با محاسبات عینی ویژگی های رنگ مواد مورد مقایسه تأیید می شود. مختصات رنگ با استفاده از روش های استاندارد بر اساس داده های طیف انتقال YAG و کانی های طبیعی محاسبه شد.
مقایسه طیف گارنت سبز "زمرد" و زمرد طبیعی (منحنی های 1 و 4 در شکل 1) به طور کلی شباهت آنها را در محدوده قابل توجهی از طول موج ها نشان می دهد. ویژگی های رنگ کریزولیت و رنگ YAG کریزولیت نیز کاملاً مشابه هستند (منحنی های 2 و 5).
مختصات محاسبه شده در مثلث رنگی (شکل 2) تن رنگ و خلوص رنگ را تعیین می کند. همانطور که از داده های شکل 2 مشاهده می شود، مختصات گارنت زمرد رنگ (نقطه 1) و زمرد طبیعی (نقطه 4) کاملاً نزدیک است و شباهت رنگ بیشتر از زمرد طبیعی و مصنوعی است. نقطه 8). شباهت های قابل توجهی نیز هنگام مقایسه مختصات رنگ گارنت رنگ پریدوت (نقطه 2) و پریدوت طبیعی (نقطه 5) آشکار می شود. در مورد سیترین طبیعی (نقطه 6) و گارنت "سیترین" (نقطه 3) که رنگهای آنها نسبت به رنگهای سیترین طبیعی و مصنوعی (نقطه 7) به یکدیگر نزدیکتر هستند، همینطور است.
در جدول جدول 1 مقادیر کروموفورهای اضافه شده به مخلوط را نشان می دهد. به طور طبیعی، در طول تبلور، غلظت کروموفورها تغییر می کند. بنابراین، تعیین محتوای کروم و V در یک کریستال که رنگ آن نیازهای مواد اولیه جواهرات را برآورده می کند، جالب بود. برای این منظور، تجزیه و تحلیل انتشار طیفی برای کروم و V کریستال شماره 3 انجام شد که تخمین توزیع کروموفورها در طول تک بلور را ممکن ساخت. خطا در تعیین برای کروم و V به ترتیب 9 و 11 درصد بود (شکل 3). غلظت وانادیم در شارژ از 0.5٪ تجاوز نمی کند (0.1٪ در زباله های برگشتی کوراندوم)